理想運算放大器

一個理想的運算放大器（ideal OPAMP）必須具備下列特性：

無限大的輸入阻抗（）：理想的運算放大器輸入端不容許任何電流流入，即上圖中的V+與V-兩端點的電流信號恆為零，亦即輸入阻抗無限大。

趨近於零的輸出阻抗（）：理想運算放大器的輸出端是一個完美的電壓源，無論流至放大器負載的電流如何變化，放大器的輸出電壓恆為一定值，亦即輸出阻抗為零。

無限大的開迴路增益（）：理想運算放大器的一個重要性質就是開迴路的狀態下，輸入端的差動信號有無限大的電壓增益，這個特性使得運算放大器十分適合在實際應用時加上負反饋組態。

無限大的共模抑制比（）：理想運算放大器只能對V+與V-兩端點電壓的差值有反應，亦即只放大的部份。對於兩輸入信號的相同的部分（即共模信號）將完全忽略不計。

無限大的帶寬：理想的運算放大器對於任何頻率的輸入信號都將以一樣的差動增益放大之，不因為信號頻率的改變而改變。

理想運放工作在線性區

理想運放工作在線性區時，輸出電壓與輸入電壓呈現線性關係，其中，u0是集成運放的輸出電壓；u+和u-分別是同相輸入端及反相輸入端的電壓；Auo是開環差模電壓放大倍數。根據理想運放的特徵，可以導出工作在線性區時集成運放的兩個重要特點。

1)理想運放的差模輸入電壓等於零

由於理想運放的開環差模電壓放大倍數等於無窮大，而輸出電壓為確定數值，同相輸入端電壓與反相輸入端電壓近似相等，如同將u+和u-兩點短路一樣，但兩點的短路是虛假的短路，是等效短路，並不是真正的短路，所以把這種現象稱為“虛短”。

2)理想運放的輸入電流等於零

由於理想運放的開環輸入電阻，因此它不向信號源索取電流，兩個輸入端都沒有電流流入集成運放。

此時，同相輸入端電流和反相輸入端電流都等於零，如同兩點斷開一樣。而這種斷開也不是真正的斷路，是等效斷路，所以把這種現象稱為“虛斷”。

“虛短”和“虛斷”是分析理想運放工作在線性區的兩條重要結論。

理想運放工作在非線性區

集成運放工作在非線性區時，輸出電壓不再隨輸入電壓線性增長，而是達到飽和。

理想運放工作在非線性區時，也有兩個重要特點。

1)當理想運放的 時，理想運放的輸出電壓達到飽和值

當時，集成運放工作在正向飽和區，輸出電壓為正飽和值，

當時，集成運放工作在負向飽和壓，輸出電壓為負飽和值，

理想運放工作在非線性區時，，不存在“虛短”現象，式(5.1.1)也就不再成立。

2)理想運放的輸入電流等於零

由於理想運放的輸入電阻r甜-∞，儘管輸入電壓，仍可認為此時輸入電流為零。

開迴路組態的運算放大器可作為比較器使用

當一個理想運算放大器採用開迴路的方式工作時，其輸出與輸入電壓的關係式如下：

其中Ado代表運算放大器的開迴路差動增益（open-loop differential gain）。由於運算放大器的開迴路增益非常高，因此就算輸入端的差動信號很小，仍然會讓輸出信號“飽和”（saturation），導致非線性的失真出現。因此運算放大器很少以開迴路組態出現在電路系統中，少數的例外是用運算放大器做比較器（comparator），比較器的輸出通常為邏輯准位的“0”與“1”。

將運算放大器的反向輸入端與輸出端連接起來，電子放大器就處在負反饋組態的狀況，此時通常可以將電路簡單地稱為閉迴路放大器。閉迴路放大器依據輸入信號進入放大器的端點，又可分為反相（inverting）與非反相（non-inverting）兩種。

必須注意的是，所有閉迴路放大器都是運算放大器的負反饋組態。